Магические "линзы" Бензера

В науке успех дела решает метод. Как он рождается? У каждого ученого по-своему. Нередко это какой-либо малозначащий для несведущих факт. Но для исследователя он подобен искре во мраке ночи.

Мелькнула такая искра и у Бензера. На карте фага Т4 есть область rII-мутантов, которую классическая генетика назвала бы геном rII. Ученый заметил, что все rII-мутанты оказались "на одно лицо" не только по виду своих бляшек, но и по тому, что не могли размножаться на культуре кишечной палочки. Это была хорошо знакомая кишечная палочка К12, содержащая фаг лямбда, которую вдоль и поперек обследовали супруги Ледерберги. Бензер назвал ее сокращенно - кишечная палочка К, или бактерия К. Так вот, фаги-мутанты rII не размножаются на ней, то есть не образуют стерильных пятен, а дикий фаг Т4 (r⁺) -образует. В этом-то на вид малозначащем факте Бензер увидел выход.

"Ведь если в фаге-мутанте rII присутствует хоть одна частица фага дикого типа, - рассудил он, - то ее можно с легкостью обнаружить, стоит лишь засеять мутант на газон из бактерий К. Только частицы дикого типа дадут колонии, так как бактерии К - не пища для фагов-мутантов".

А зачем это нужно?

У Бензера такого вопроса не возникало. В то время он был одержим сомнениями в неделимости гена и как раз собирался скрещивать друг с другом несколько десятков rII-мутантов разного происхождения, но похожих друг на друга, как две капли воды. От такого "брака" исследователь мечтал получить... фаги-гибриды дикого типа (r⁺). А они могли появиться на свет лишь в том случае, если бы некоторые из фагов-"родителей" имели мутации в разных местах гена rII и кроссинговер прошел бы через этот ген. Такая идея граничила с фантазией. Ведь чтобы найти в потомстве мутантных фагов одно-единственное пятно фага дикого типа, надо просмотреть не менее... десяти миллионов бляшек. И хотя награда была велика, при таком сложнейшем эксперименте вряд ли можно было рассчитывать на успех.

В то же время высев потомства от скрещивания двух одинаковых rII-мутантов позволял выявлять бляшку дикого типа без всякого труда, даже если бы она была одна на миллион мутантных: ведь на бактериях К мутантные фаги вообще не дадут бляшек.

Скорость и точность опытов возросли неизмеримо. День, когда на желтоватом бархате газона Бензер увидел несколько бляшек фага дикого типа, был значительным днем в его жизни.

Ген мутирует в разных местах! Рекомбинация проходит внутри гена! Изменение его функции (скорости размножения фага) вызвали мутации не в каком-то одном месте, а в разных. Иначе как бы могли образоваться фаги-рекомбинанты дикого типа? Среди первых скрещиваний ученый обнаружил несколько пар, никогда не рождавших гибридов дикого типа. Исследователь справедливо решил, что это - мутанты в одной и той же точке, они - аллельны.

И Бензер стал наносить на карту фага T4 тонкое строение гена rII. Его опыты были тем увеличительным стеклом, через которое генетика с изумлением увидела, сколь сложно устроен ген. Бензеру удалось выследить рекомбинантов, составляющих одну сотую долю процента потомства. Это и стало единицей карты. Теперь можно представить себе, какую долю от всей хромосомы фага составляла единица Бензера, в пределах которой еще возможна была рекомбинация.

Схема образования фага дикого типа при скрещивании двух неаллельных rII-мутантов фага Т4 (первый опыт Бензера)

По подсчетам генетиков, для кольцевой карты известно 700 единиц рекомбинаций (единица - один процент). Две мутации rII, дающие 0,01 процента рекомбинантов дикого типа (h⁺r⁺), по свидетельству Бензера, отстоят друг от друга на 0,02 единицы карты хромосомы фага, а значит, занимают в ней место 0,02:700=0,00003(3•10^-5) хромосомы фага.

Схема скрещивания аллельных rII-мутантов фага Т4 (фагов дикого типа не образуется)

Тут-то генетика и получила возможность перейти на язык химии. Известно, что хромосома бактериофага Т4 представляет собой кольцо ДНК, которое содержит примерно 2•10⁵ пар нуклеотидов. Бензер сделал простой расчет. Если минимальное место рекомбинации 3•10^-5 хромосомы, а целая хромосома включает 2•10⁵ нуклеотидов, то, составив прямую пропорцию, можно узнать, что на одну единицу рекомбинации приходится 3•10^-5 X 2•10⁵, то есть около 6 пар нуклеотидов. Это означает, что два мутантных участка, отстоящих друг от друга не более чем на 6 пар нуклеотидов, способны при скрещивании давать в потомстве рекомбинации. Но это расстояние может быть и меньше. Возможно, единица рекомбинации равна одной паре нуклеотидов. Бензер-физик назвал эту единицу реконом (очевидно, по аналогии с электроном, протоном, мезоном...).